步驟1：設(shè)計儀表放大器

記錄ECG信號所需的第一個電路元件是儀表放大器。該放大器具有兩個作用。

1。它在記錄電極和電路的其余部分之間創(chuàng)建一個電子緩沖器。這將從電極汲取的所需電流減小到幾乎為零。允許信號收集，且輸入阻抗引起的失真很小。

2。它差分放大記錄的信號。這意味著兩個記錄電極中共有的任何信號都不會被放大，而差異（重要部分）將會被放大。

典型地，ECG的表面電極記錄將在毫伏范圍內(nèi)。因此，為了使該信號進(jìn)入某個范圍，我們可以采用1000 V/V的放大倍數(shù)（K）進(jìn)行工作。

上面說明的放大器的控制方程為：

K1 = 1 + 2 * R2/R1，這是第一級增益

K2 =- R4/R3，這是第2階段的增益

。注意，理想情況下，K1和K2應(yīng)該近似相等，并實(shí)現(xiàn)所需的放大率K1 * K2 = 1000

最終值。..

R1 = 6.5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3.17 kOhm

R4 = 100 kOhm

步驟2：設(shè)計陷波濾波器

在現(xiàn)代世界中，心電圖的采集可能會可以在其他一些電子設(shè)備附近完成，甚至可以在由本地電源線供電的建筑物中完成。不幸的是，所提供電源的高電壓和振蕩特性意味著它將在附近的任何導(dǎo)電材料中產(chǎn)生大量的電“噪聲”。其中包括用于構(gòu)建我們的ECG收集電路的電線和電路元件。

為解決這個問題，任何頻率等于本地電源產(chǎn)生的噪聲（稱為“電源嗡嗡聲”）的信號都可以被簡單地濾除并基本去除。在美國，電網(wǎng)為110-120V提供60 Hz的頻率。因此，我們需要濾除任何頻率為60 Hz的信號分量。幸運(yùn)的是，這之前已經(jīng)完成了很多次，只需要設(shè)計陷波濾波器即可（如上圖所示）。

控制該濾波器的方程為。..。

R1 = 1/（2 * Q * w * C）

R2 =（2 * Q ）/（w * C）

R3 =（R1 * R2）/（R1 + R2）

Q = w/B

其中wc2是高截止頻率，w2低截止頻率，w截止頻率（以弧度/秒為單位），Q為品質(zhì)因數(shù)

請注意，C是可以自由選擇的值。我們的電路中使用的以下值為：

R1 = 1.65 kOhm

R2 = 424.5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad/sec

第3步：低通濾波器

ECG信號有一個頻率約為0-150Hz。為了防止更多的噪聲耦合到頻率高于此范圍的頻率的信號上，采用了截止頻率為150Hz的二階低通ButterWorth濾波器，以便僅允許ECG信號通過電路。不是像先前的組件那樣立即選擇容易獲得的電容器值，而是根據(jù)以下公式選擇了第一個電容器值C2。根據(jù)該值，可以計算出所有其他分量值，然后將其添加到電路中，同時將增益再次保持為1V/V。

C2≈10/fc uf，其中fc是截止頻率（150 Hz）對于這種情況）。

然后，可以按照此步驟中包含在第二張圖片中的表格中所示的方式計算剩余值。

上面原理圖中的最終值是：

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22.47 kOhm

R2 = 22.56 kOhm

第4步：LabVIEW準(zhǔn)備

ECG系列的這一部分是Windows計算機(jī)，配備LabVIEW的64位副本和帶有單個輸入模塊的National Instruments信號調(diào)節(jié)板（）。 LabVIEW中的功能框圖應(yīng)按以下方式構(gòu)建。首先打開空白的功能框圖。

插入DAQ助手塊并將設(shè)置調(diào)整為以下值：

測量：模擬→電壓

模式：RSE

采樣：連續(xù)采樣

采樣：2500

采樣率：1000/秒

將采集的波形輸出到波形圖。另外，計算當(dāng)前波形數(shù)據(jù)的最大值。將波的最大值乘以.8之類的值以創(chuàng)建用于峰值檢測的閾值，可以根據(jù)信號內(nèi)的噪聲水平來調(diào)整此值。輸入上一步的乘積作為閾值，并輸入原始電壓陣列作為“峰值檢測”功能的數(shù)據(jù)。接下來，獲取峰值檢測陣列的“位置”輸出，并減去第一和第二值。這表示初始陣列中兩個峰的索引值之差。然后可以通過將值除以采樣率將其轉(zhuǎn)換為時間差，例如在示例中為1000/sec。最后，取該值的倒數(shù)（給定Hz）并乘以60，以獲得以每分鐘BPM節(jié)拍為單位的心率。最終的框圖應(yīng)類似于此步驟的標(biāo)題圖片。

步驟5：全面系統(tǒng)集成

現(xiàn)在，所有組件都已單獨(dú)構(gòu)建，因此是時候把購物中心放在一起了。這可以通過簡單地將一個部分的輸出連接到下一個段的輸入來完成。這些階段應(yīng)按照它們在此Instructable中出現(xiàn)的順序進(jìn)行連接。對于最后一個ButterWorth濾波器，其輸入應(yīng)連接至信號調(diào)節(jié)板輸入模塊上的兩條引線之一。該模塊的另一根導(dǎo)線應(yīng)連接到電路的公共接地點(diǎn)。

對于儀表放大器，應(yīng)將其兩條引線分別連接到ECG/EKG電極上。使用兩個鱷魚夾很容易做到這一點(diǎn)。然后，在每個手腕上放置一個電極。確保電路的所有部分均已連接并且LabVIEW VI正在運(yùn)行，并且系統(tǒng)應(yīng)在LabVIEW窗口中輸出波形圖。

輸出應(yīng)類似于此步驟中提供的第二張圖像。如果不相似，則可能需要調(diào)整電路的值。一個常見的問題是陷波濾波器不會直接在60 Hz處居中，可能會稍微偏高或偏低?？梢酝ㄟ^為過濾器創(chuàng)建波德圖來測試。理想情況下，陷波濾波器在60 Hz處的衰減至少為20 dB。檢查本地電源是否以60 Hz供電可能也很有用。對于某些地區(qū)，使用50 Hz交流電源并不罕見，這將需要將陷波濾波器居中于該值附近。